Кодовый замок на микроконтроллере

Устройство предназначено для защиты помещений, шкафов и сейфов от несанкционированного вскрытия. Все установки и код хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера. Основой устройства служит микро­контроллер PIC16F628A (DD1 на схеме рис. 1). После подачи пита­ния программа микроконтроллера настраивает его порты, а также отклю­чает источник образцового напряже­ния, модуль ШИМ захвата сравнения, таймеры, компараторы и аппаратный USART — эти модули не нужны для ра­боты замка. Затем начинается опрос клавиатуры.

Она состоит из двух частей. Первая — кнопки SB3—SB 14 — находится снару­жи охраняемого объекта. Вторая — кнопки SB1, SB2 и выключатель SA1 — расположена внутри помещения. Кнопки SB3—SB 13 первой части кла­виатуры объединены в матрицу. Кноп­ка SB 14 в матрицу не входит, она пред­назначена для перезапуска микрокон­троллера в случае какого-либо сбоя в программе, а также в ряде других случаев, о которых будет рассказано ниже.

Кнопка SB1 "Открыть" установлена внутри помещения около двери. Нажа­тием на нее можно открывать дверь изнутри, не набирая кода. SB2 — кноп­ка перезапуска программы; кнопки SB2 и SB 14 включены параллельно. Кноп­кам матрицы присвоены обозначения: SB3 — "1", SB4 — "4", SB5 — "7", SB6 — "Открыть", SB7 — "2", SB8 — "5", SB9 — "8", SB 10 - "0", SB11 — "3", SB 12 - "6", SB 13 — "9". Тумблером SA1 выбирают режим закрывания замка. Код вводят поочередным кратковременным нажа­тием на цифровые кнопки. В подтверж­дение нажатия прозвучит короткий то­нальный сигнал пьезоизлучателя НА1, управляемого транзистором VT2.

Перед тем как открыть дверь, вводят четырехзначный код с паузами между соседними нажатиями не более 3 с, а затем в течение 3 с надо кратковре­менно нажать на кнопку SB6. Через 2 с на выходе RA0 микроконтроллера DD1 установится высокий уровень, откроет­ся транзистор VT1 и сработает элек­тромагнит, который приведет в дви­жение ригель замка, сжимая его пру­жину, и дверь откроется. Если пауза между соседними нажа­тиями превысит 3 с, то прозвучит сиг­нал с уменьшающейся частотой. Это означает, что программа начала выпол­няться заново и код надо вводить сна­чала. Диод VD1 предназначен для за­щиты транзистора VT1 от всплеска на­пряжения самоиндукции обмотки электромагнита Y1. Перед срабатыва­нием электромагнита прозвучит сигнал такой же частоты, как и при нажатии цифровых клавиш, но большей дли­тельности, что сигнализирует об откры­вании двери.

Когда контакты выключателя SA1 разомкнуты, электромагнит закроет замок через определенное время (по умолчанию — 12 с). Это время устана­вливают при программировании мик­роконтроллера. В программе, которую нужно будет загрузить в контроллер, в поле работы с EEPROM, в ячейку с адре­сом 0x06 (седьмая по счету) необходи­мо вставить число от 0x01 до OxFF, из расчета 1 единица = 2,5 с. Минимально возможная пауза равна 2,5 с, макси­мальная — 10 мин.

В случае, если контакты выключателя SA1 замкнуты, т. е. на входе RA4 мик­роконтроллера DD1 установлен низкий уровень, то закрывание замка происхо­дит после нажатия на кнопку SB 14 либо на SB2. После того как закроется транзи­стор VT1, электромагнит обесточится и пружина замка вытолкнет ригель обрат­но — дверь снова окажется запертой.

Для открывания двери изнутри поме­щения нажимают на кнопку SB1 и удер­живают ее до срабатывания электро­магнита, о чем оповестит тональный сигнал длительностью 2 с. Открыть дверь изнутри можно в любой момент. Если открывания двери не произойдет, необходимо нажать на кнопку SB2 (перезапустить программу) и снова нажать на кнопку SB1.

Когда необходимо сменить код, снача­ла вводят старый точно так же, как и при операции открывания двери, но потом нажимают на кнопку SB6 не кратковре­менно, а удерживают ее до того момента, пока не прозвучат три тональных сигнала. Затем необходимо немедленно отпустить кнопку SB6, ввести новый четырехзнач­ный код и сразу же в подтверждение вве­дения еще раз нажать на кнопку SB6. Далее прозвучит сигнал с нарастающей частотой, который известит о том, что новый код принят. Он хранится в первых четырех ячейках энергонезависимой памяти микроконтроллера DD1.

Устройство снабжено системой блоки­ровки. Каждый раз при введении невер­ного кода замок воспроизведет два сиг­нала частотой 1000 Гц и один частотой 500 Гц. Ошибочным контроллер считает нажатие на кнопку SB6 в то время, когда в рабочих регистрах находится неверный код, и введение пяти цифр кода. После трех ошибок подряд микроконтроллер DD1 установит на выходе RA2 высокий уровень. При этом откроется транзистор VT3, который включит тревожное устрой­ство. Этим устройством может быть сире­на или узел дозвона по телефону.

Одновременно включится светодиод HL1, установленный на панели клавиату­ры, который покажет, что опрос клавиа­туры (кроме тумблера SA1 и кнопок SB1, SB2, SB 14) отключен. Затем следует десятиминутная пауза, во время кото­рой работает тревожное устройство и включен светодиод HL1. В течение этого времени открыть замок можно только изнутри. Если нажать на кнопки SB 14 и SB2 (кнопки перезапуска программы микроконтроллера), то десятиминутный отсчет начнется заново. После паузы контроллер предоставит только одну возможность ввести код, и если он будет неверным, десятиминутная пауза с включением тревожного устройства повторится снова. И так будет продол­жаться до введения правильного кода. Каждый раз после верного введения кода счетчик ошибок обнуляется.

Питает устройство источник постоян­ного тока напряжением 10... 15 В. При отключении электроэнергии в сети 220 В замок продолжает работать от аккуму­ляторной батареи. Схема простейшего варианта такого блока питания показа­на на рис. 2. Трансформатор Т1 пони­жает сетевое напряжение 220 В до 15...20 В. Максимальный ток вторичной обмотки трансформатора не должен быть менее 1,5 A DA1 — регулируемый стабилизатор напряжения. Изменяя со­противление построечного резистора R2, устанавливают на выходе стабили­затора DA1 такое напряжение, при кото­ром ток зарядки заряженной аккумуляторной батареи GB1 не превышает 100...200 мкА. При этом во время боль­шого потребления тока, когда сработал электромагнит Y1, основную часть тока дает аккумуляторная батарея, что позволяет не перегружать стабилизатор DA1. Диод VD5 предназначен для защи­ты стабилизатора DA1 в случае отсут­ствия на его входе напряжения.

Аккумуляторная батарея должна обес­печивать ток 300...600 мА (емкость — 7 А-ч). Стабилизатор DA1 следует уста­новить на теплоотвод площадью 30...40 см². Клавиатуру можно изготовить из отдельных кнопок. Подойдут, к примеру, DIPTRONICS DTSMW-66N. Но можно применить и готовую клавиатуру от кно­почного телефонного аппарата или калькулятора. Как правило, можно легко подключить такую клавиатуру к устрой­ству, собрав кнопки в подходящую матрицу. Также необходимо вынести на панель клавиатуры светодиод HL1.

Пьезоизлучатель подойдет любой из серии ЗП. Электромагнит Y1 применен от лентопротяжного механизма магни­тофона, но подойдет любой другой, подходящий по габаритам и с макси­мальным током обмотки не более 1,3 А. Если ток, потребляемый электромагни­том, будет больше 1 А, то транзистор VT1 следует установить на теплоотвод площадью 30...40 см².

Источник: Радио №11, 2007г. , автор С. Киреев, г. Киров Калужской обл.